Почему способность насосов всасывать воду ограничена глубиной в 9 метров?

Содержание:

Загадка, с которой столкнулись итальянцы

Исследования Торричелли

Математические расчёты

Как всё происходит на практике

Насосы не могут производить забор жидкостей с большой глубины. Точный уровень зависит от различных факторов, при стандартных условиях он ограничен девятью метрами. О том, почему так происходит, от чего зависит показатель и как рассчитать его для конкретной ситуации, рассказали эксперты компании «Электросервис».

Загадка, с которой столкнулись итальянцы

Первым с ограничением в работе насосов столкнулся герцог Тосканский в 1640 году. Владея прекрасным дворцом в Италии, он решил разместить на территории фонтан. В те времена фонтаны уже можно было встретить в богатых владениях, но герцог хотел стать обладателем самого роскошного и большого сооружения.

В средствах герцог ограничен не был, поэтому через некоторое время от ближайшего озера к фонтану протянулся невиданной по тем временам длины трубопровод. В том, что затея не срабатывала, герцог обвинял учёных и даже церковников – те, якобы, не справились с изгнанием бесов. Но вода так и не дошла до фонтана, остановившись на отметке чуть более 10 м. над уровнем воды в озере.

Исследования Торричелли

Разгадку данного явления нашёл итальянский физик и математик Эванджелиста Торричелли. В XVII веке он доказал, что вода в трубопроводе поднимается за счёт давления атмосферы на поверхность водоёма. Его достаточно, чтобы транспортировать жидкость на 10,3 метра, но не более того.

Как Торричелли сделал это открытие:

• Эванджелиста заполнил длинный, узкий как трубка сосуд, ртутью. А затем поместил его открытым концом вниз в ёмкость с такой же ртутью.
• Вещество не вылилось из сосуда, но уровень его заметно понизился.
• По результатам замеров, столб ртути над поверхностью ёмкости составил 760 мм.

Если сравнить вес ртути и воды, то при экспериментах с водой должен был получиться столбик высотой 10,3 м. Что позже было подтверждено экспериментально.

Математические расчёты

Современные специалисты в своих расчётах применяют формулу Р = р*g*h.

Где:

• Р – атмосферное давление, которое на уровне моря составляет 1,033 кг/см ² ;
• р – плотность жидкости, для воды температурой 20 ^о С это 1000 кг/м ² ;
• g – ускорение свободного падения 9,8 м/с ² ;
• h – высота столба.

Таким образом, высота столба далеко не всегда составляет 10,3 м. Она зависит от плотности жидкости (чем плотнее, тем меньше показатель h) и высотности водоёма (чем ниже он расположен, тем больше можно заглубляться).

Как всё происходит на практике

Насосное оборудование не всасывает жидкость, оно создаёт разреженное давление на входе в систему, чтобы вода могла свободно выталкиваться существующим атмосферным давлением. Тем не менее, приведённую выше формулу в оригинальном виде нельзя использовать для расчёта глубины, с которой способен поднять воду насос. Дело в том, что она имеет свои погрешности, а показатель в 10,3 м применим только для работы оборудования в оптимальных условиях.

В том числе:

• на высоте, равной уровню моря;
• с температурой воды 20оС;
• стандартной плотностью жидкости.

При этом должны быть полностью исключены потери воды, что в реальных условиях неосуществимо.

Формула для насосов:

• h = Р / (р*g) – х, где х – величина потерь, применяемая в метрах.

Результаты расчётов по уточнённой формуле будут объективными, если температура воды не превышает 30 ^о С. Уже при 60 ^о С результат расчёта будет превышать практически возможную высоту где-то в 2 раза. Дело в том, что при высокой температуре вода насыщается пузырьками жидкости, которые сводят на нет действие атмосферного давления. Если же говорить о кипящей жидкости, её не сможет всосать ни один насос.

С учётом всех перечисленных нюансов, на практике насосы высасывают воду с глубины до 9 метров. На эту способность также влияют и другие факторы. В частности, существенную роль играют протяжённость и диаметр трубопровода. Так что у Герцога Тосканского не было ни малейшего шанса увидеть свой роскошный фонтан в действии. И бесы были совершенно ни при чём.

Другие статьи